2023年7月10日， CA1524航班在飛行過程中突遇晴空顛簸，在此過程中一名旅客和一名乘務員受傷。
圖片來源：微博截圖
大家坐飛機的時候，多多少少都經曆過顛簸，但這麽嚴重能進入公眾視野的確實少見。晴空顛簸是怎麽產生的？本次晴空顛簸的原因是什麽？我們來分析一下。
飛機顛不顛，亂流說了算
飛機飛得好好的，怎麽突然顛了？這個問題可以類比為“汽車上的顛”，答案是因為路不平，汽車在路上行駛，碰到路上的坑或者包就會顛起來。飛機在大氣中飛行，氣流就好比那條“路”，“路況”不好，飛機就會發生顛簸。
這條氣流“路”可不像我們平時走的馬路一樣直來直去，它非常複雜：
空氣在運動過程中可以沿水平方向運動，這是我們平時所說的風；也可以沿垂直方向運動，例如空氣受熱上升，或者下雨時雨滴拖曳周圍的空氣使之下沉；還有一些不規則的渦旋運動，也被稱為湍流或者亂流，它們大小不一：有的幾米、有的幾百米，方向各異。
當飛行中有與飛機尺度相當的湍流（直徑為15～150
m[1]，也被稱為飛機亂流）時，飛機會發生上下拋擲或左右震顫，即飛機顛簸。
飛機亂流的形成很大程度上與氣流的“切變”有關，切變是指在空間兩點之間氣流的方向或大小不一致。空氣中的亂流我們無法用肉眼看見，但是生活中我們能看到河流中有漩渦，它的形成是因為河流的不同位置流速或者流向不一致，空氣與河流類似，切變會形成亂流。
飛機亂流從成因可以分為四類：熱力亂流、動力亂流、晴空亂流和尾渦亂流。
1.
熱力亂流，是由於熱力作用產生的亂流。例如地麵受熱升溫不均勻（熱力亂流示意圖1），會導致垂直氣流的切變產生亂流。因此在晴朗的夏日，如果飛機在周圍地表性質差異較大的機場起飛或者降落（例如機場周邊有水有山有樹），就有可能會遇到顛簸。
熱力亂流示意圖1（來源：METEOROLOGY - ATPL GROUND TRAINING SERIES）
此外非常常見的一種熱力亂流來自對流（熱力亂流示意圖2）。
熱力亂流示意圖2（來源：COMET Program）
對流是指局地的熱空氣上升、冷空氣下沉，夏日我們可以看見一種高聳的對流雲—積雨雲，它便是對流的產物，雲中上升氣流可達25m/s甚至更大，但是雲中和雲外氣流切變卻帶來了非常強的亂流。飛機不僅在這種雲中飛時會遇到非常強烈的雲中顛簸，在雲的附近飛行時由於對流產生的重力波傳播及破碎等原因，也會遇到強烈的顛簸[2]。
積雨雲（圖片來源：veer圖庫）
2.
動力亂流。空氣流過地形、障礙物時會產生繞流，背風一側由於阻擋作用氣流較弱，這種切變就會產生動力亂流（動力亂流示意圖）。此類亂流在高原、山地或者周圍建築較為複雜的機場較為常見。
（來源：COMET Program）
3.
晴空亂流，是指發生在6000米以上的、與對流雲無關的亂流[1]。雖然名叫晴空亂流，但有時也會有一些稀薄的高雲出現。它主要是由於高空急流附近水平氣流存在非常強的切變而產生的（高空急流示意圖）。高空急流是出現在對流層上層到平流層（大約9千米至10多千米高度範圍內）的強而窄的氣流帶，高空急流出現的區域除了風速大之外，還存在著較強的水平和垂直風切變。
高空急流示意圖（鳥瞰）（作者繪製）
高空急流示意圖（垂直剖麵）（作者繪製）
飛機在巡航階段（一般巡航高度大約在8~12km）遇到的顛簸大部分是由於它產生的。此外，冷暖氣團交界區的高空部分（高空鋒區）、對流層頂等因素也會帶來晴空亂流。
（圖片來源：新華國際）
4.
尾渦亂流，飛機飛行時產生的一對繞翼尖旋轉的方向相反的閉合渦旋。飛機飛入前機的尾渦中可能會出現抖動、下沉甚至翻轉等現象，其在起降過程中和前機存在間隔就是為了避免這種現象。
尾渦亂流（來源：www.istockphoto.com）
這次顛簸，到底是哪種亂流的鍋？
那麽，7月10日CA1524航班遭遇的強烈顛簸是什麽原因引起的呢？結合網友所述“最後30-40分鍾左右”以及飛常準的速度數據看來，顛簸可能發生在16：50之後，高度在5400米以下。
根據目前的資料來看，其可能的原因有兩個。
7月10日CA1524飛行軌跡（來源：飛常準）
可能原因1：熱力亂流
從飛常準的圖中可以看到在航路東側有較強的雷達回波（山東北部、河北東南部的塊狀紅色黃色區域，說明存在對流天氣），在衛星雲圖上同樣能夠看到有對流天氣的存在。對流引起的重力波傳播以及破碎是形成對流雲外顛簸的重要原因，並且可以影響到雲外較遠的範圍。
風雲4號A星雲圖（來源：國家衛星氣象中心）
Lane等人根據2004-2005年5-10月的飛行員報告研究了中度及嚴重顛簸與對流回波的距離、距回波頂高的高度之間的關係，研究指出當飛機在水平方向上距離對流回波70km，其遇到中度及嚴重顛簸的相對風險是無對流時的兩倍；而飛機在回波頂之上3.6km，中度及嚴重顛簸的相對風險時無對流時的十倍[3]。
由此原因產生顛簸的案例還有2010年7月20日，一架波音777在從華盛頓飛往洛杉磯的途中遭遇了嚴重的顛簸（同樣為晴空），航班備降至丹佛，機上17名乘客和4名機組人員受傷，造成此次顛簸的原因就是對流雲外顛簸[3]。
此外，2018年9月20日，一架EMB-120ER從美國洛杉磯飛往墨西哥克雷塔羅國際機場，當在德克薩斯州休斯頓空域巡航飛行時，機組人員在氣象雷達上注意到對流天氣，由於航線在對流天氣以南，他們繼續按照航線飛行，但隨後仍然遭遇強烈顛簸，導致固定不當的貨物移位並損壞飛機地板結構[4]。
中度及嚴重顛簸相對風險與對流回波的距離（左）、距回波頂的高度（右）之間的關係[3]
（圖片來源：《Bulletin of the American Meteorological Society》，2012）
可能原因2：晴空亂流
7月10日250hPa（約10km高度上）的風（來源：博主@風雲夢遠）
從當天250hPa的風圖上看得出，飛機發生顛簸的區域在急流出口附近（圖中黑色圓圈所示），或者可以看成是我國北方地區上空的急流和韓日上空急流之間的一個斷裂區域，這樣的區域非常有利於晴空亂流的形成。該高度在10km左右，與CA1524顛簸時所在的高度差異較大。
2023年7月10日北京時間08時500hPa空中等壓麵圖（來源：中央氣象台）
從中央氣象台發布的500hPa空中等壓麵圖（高度5500米左右）上並未看見該區域有急流存在，然而該區域位於低壓槽附近（棕色粗實線），也可能會產生亂流導致飛機顛簸，但是少有中度及嚴重顛簸案例是由低壓槽引起的。
由晴空亂流引起的顛簸多發生在巡航高度上（8-12km）。2019年7月11日，加拿大航空AC33次航班從溫哥華飛往澳大利亞悉尼，起飛後平穩飛行5個半小時，在太平洋上空(約12km)靠近夏威夷海域時突然遭遇強烈的氣流，開始出現顛簸，強烈的顛簸將一些乘客拋向空中，飛機被迫降落到美國檀香山，顛簸造成37人受輕，9人受重傷。2015年3月1日一架A320從南京飛往成都，起飛後約一個半小時後在9270米左右高度上突然遇到晴空顛簸，所幸無人傷亡。
2020年8月20日國航CA1704航班在8900米左右高度上突遇強氣流帶來的顛簸，網絡上一度出現熱搜“國航一航班突降千米”，但事實是晴空顛簸可以通過改變高度來避開，機組在120秒內下降1km避開顛簸區屬於正常操作，如此的下降率也並不會給飛機上的人員帶來不適。
AC33次航班顛簸導致氧氣麵罩掉下
印度一架波音737經曆顛簸後（圖片來源於親曆者阿米特·鮑爾）
全球越來越暖，
飛機會越來越顛簸……
根據研究，飛機飛越這些地區容易遇到晴空顛簸：北美的東西海岸、喜馬拉雅山脈、歐洲中部、中國東部、北大西洋西部、北太平洋西部。
不論CA1524的顛簸是對流雲外的亂流還是晴空亂流引起的，在全球氣候變暖的背景下，它們都會有一定的變化。氣候模式模擬結果表明，隨著氣候變化，對流有效位能的變化將導致更頻繁的有利於強雷暴的環境[5]，強雷暴日的頻率顯著增加[6]，從而與對流相關的飛機顛簸也會隨之增加。
一些研究使用氣候模式研究了晴空顛簸的未來變化，氣候變化將導致跨大西洋航班顛簸更加頻繁、嚴重顛簸增加得更加顯著，旅程時間可能會延長，燃料消耗和排放可能會增加[9-10]。
一些研究使用再分析數據研究過去晴空顛簸的變化，1979-2020年間中緯度飛機的巡航高度上，中度或以上晴空顛簸的總持續時間增加了37%，嚴重或以上晴空顛簸的相對變化更大(增加了55%)[11]。東亞地區晴空顛簸發生頻率顯著增加，如果這種趨勢繼續下去將會對西北太平洋地區上空的飛行運行產生重要的影響[12]。
麵對氣候變化，人類隻能盡力減緩和適應它。對我們個人而言，乘坐飛機時全程係好安全帶就是最好的適應措施了。
參考文獻：
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https://aviation-safety.net/database/record.php?id=20180920-0
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[12] Lee J H, Kim J H, Sharman R D, et al. Climatology of clear‐air
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